Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии ТОО "ОРКЕН"

- контроль энергопотребления и ПКЭ по точкам и объектам учета в заданных временных интервалах (5 минут, 30 минут, зоны, смены, сутки, декады, месяцы, кварталы и годы) относительно заданных лимитов и технологических ограничений мощности;

- сопровождение нормативно - справочной информации;

- обработка данных и формирование отчетов по учету электроэнергии и контролю ПКЭ;

- фиксация отклонений контролируемых параметров энергоресурсов, их оценка в абсолютных и относительных единицах для анализа как энергопотребления, так и производственных процессов;

- сигнализация (цветом, звуком) об отклонениях контролируемых величин от допустимого диапазона значений;

- диагностика полноты данных;

- описание электрических соединений объектов и их характеристик;

- параметризация коммуникаций и характеристик опроса;

- диагностика системы;

- поддержание единого системного времени.

3.3 Уровни АСКУЭ

Нормативный срок жизни АСКУЭ электроэнергии должен составлять 30 лет (поскольку таковым является срок жизни электрического счетчика), в то время как существенные изменения программно-аппаратных средств АСКУЭ происходят каждые два-три года. Отсюда следует, каждые четыре-пять лет следует предусматривать модернизацию АСКУЭ.

На ТОО «Оркен» решение проблем энергоучета требует модернизации автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов. В дипломной работе предлагается структура АСКУЭ, которой можно выделить четыре уровня, представленные на рисунке 3.2

Первый уровень - первичные измерительные приборы (ПИП) с телеметрическими или цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета потребителей (потребление электроэнергии, мощность, давление, температуру, количество энергоносителя, количество теплоты с энергоносителем) по точкам учета (фидер, труба и т.п.).

Рисунок 3.2 Структура АСКУЭ

Второй уровень - устройства сбора и подготовки данных (УСПД), специализированные измерительные системы или многофункциональные программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с территориально распределенных ПИП, накопление, обработку и передачу этих данных на верхние уровни.

Третий уровень - персональный компьютер (ПК) или сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с УСПД (или группы УСПД), итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам - по подразделениям и объектам предприятия, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений (управления) оперативным персоналом службы главного энергетика и руководством предприятия.

Четвертый уровень - сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с ПК и/или группы серверов центров сбора и обработки данных третьего уровня, дополнительное агрегирование и структурирование информации по группам объектов учета, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений персоналом службы главного энергетика и руководством территориально распределенных средних и крупных предприятий или энергосистем, ведение договоров на поставку энергоресурсов и формирование платежных документов для расчетов за энергоресурсы.

Все уровни АСКУЭ связаны между собой каналами связи. Для связи уровней ПИП и УСПД или центров сбора данных, как правило, используется прямое соединение по стандартным интерфейсам (типа RS-485, ИРПС и т.п.). УСПД с центрами сбора данных 3-го уровня, центры сбора данных 3-го и 4-го уровней могут быть соединены по выделенными, коммутируемыми каналам связи или по локальной сети.

3.4 Организация учета электроэнергии, его виды и значения

Учет расхода электроэнергии на предприятии проводят в следующих целях:

- расчет за электроэнергию с энергоснабжающей организацией, т.е. коммерческий учет;

- контроль расхода активной электроэнергии в отдельных цехах, на энергоемких агрегатах, технологических линиях и других объектах, т.е. технический учет.

Коммерческим учетом электроэнергии называется учет выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчета за нее.

Техническим учетом электроэнергии называется учет для контроля расхода электроэнергии подстанций, предприятий, зданий.

Расчетные счетчики активной электроэнергии на подстанциях потребителей должны устанавливаться:

- на вводе линии электропередачи в подстанцию;

- на стороне высокого напряжения трансформаторов при наличии электрической связи с другой подстанцией энергосистемы;

- на границе раздела основного потребителя и абонента.

3.5 Метрологические аспекты электроэнергетики

Электрическая энергия давно и прочно вошла в нашу жизнь. Сейчас отсутствие возможности воспользоваться электроэнергией рассматривается как чрезвычайная ситуация.

Обеспечение единства измерений для огромного парка измерительной техники - сложнейшая задача, решением которой занимаются десятки тысяч специалистов, работающих в различных отраслях народного хозяйства.

Если рассматривать электричество как продукт, который производится, перемещается, продается и потребляется, то он должен, по аналогии с другими продуктами, характеризоваться набором параметров, которые наиболее полно отражают его качество и позволяют достаточно надежно определять его количество.

В Казахстане эти параметры определены ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», в котором установлены следующие показатели качества электрической энергии, [3]:

- установившееся отклонение напряжения;

- размах изменения напряжения;

- доза фликера;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения;

- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;

- отклонение частоты;

- длительность провала напряжения;

- импульсное напряжение;

- коэффициент временного перенапряжения.

В настоящее время парк средств измерений показателей качества электроэнергии только формируется, имеются трудности в получении доступа к необходимой измерительной технике.

Сегодня, когда производится и потребляется огромное количество электроэнергии, даже малая ошибка в точности измерения ее параметров, особенно количественных, влечет за собой значительные экономические потери.

Точность измерений определяется техническими возможностями используемых средств измерений. В настоящее время зарегистрировано большое количество разнообразных средств для измерения электрической энергии, особенно электросчетчиков, с одной стороны, это хорошо, так как имеется возможность выбора нужного прибора. С другой же стороны, возникает проблема с их обслуживанием и обеспечением надежности.

Другой острой проблемой, в прямом смысле «современной проблемой», является нормативное и метрологическое обеспечение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), которые в настоящее время очень активно внедряются. При этом единая система нормативного и метрологического обеспечения этой деятельности отсутствует.

Согласно Закону РК «Об обеспечении единства измерений» [4], средства измерений, предназначенные для серийного производства или ввоза на территорию Республики Казахстан партиями и на которые распространяется государственный метрологический надзор, подлежат испытаниям с последующим утверждением типа этих средств измерений. Решение об утверждении типа средств удостоверяется сертификатом, срок действия которого устанавливается при его выдаче. Утвержденный тип средств измерений вносится в реестр государственной системы обеспечения единства измерений.

Производство, поверка и ремонт средств измерений могут осуществляться физическими и юридическими лицами после получения соответствующей лицензии, выдаваемой уполномоченным государственным органом по стандартизации, метрологии и сертификации [5].

Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому надзору, подвергаются поверке при выпуске из производства или ремонта. Перечень и периодичность поверки средств измерений, а также порядок ее проведения определяет уполномоченный государственный орган по стандартизации, метрологии и сертификации. Положительные результаты поверки удостоверяются оттиском поверительного клейма и сертификатом о поверке [6].

3.6 Целесообразность использования АСКУЭ

АСКУЭ предназначена для коммерческого и технического учета расхода электроэнергии.

Переход на рыночные методы управления экономики предъявляет жесткие требования к достоверности и оперативности учета энергоресурсов. Эти требования могут быть удовлетворенны только путем создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), естественно созданных на базе современных средств вычислительной техники, высокоточного оборудования для измерения и передачи информации.

Использование в составе АСКУЭ персональных компьютеров (ПК) со специализированным программным обеспечением (ПО) придает этим системам дополнительную гибкость и актуальность в применении. Помимо решения основной задачи по обеспечению функционирования АСКУЭ, эти ПК могут обеспечивать решение целого ряда прикладных, не менее важных задач, а именно:

- задачи по оценке состояния систем потребления энергоресурсов,

- задачи по достоверизации измерений и отдельных составляющих и всего комплекса в целом,

- своевременно выявлять потери и области нецелесообразного расходования тех или иных ресурсных компонентов и своевременной локализации мест этих потерь.

Внедрение системы является эффективной базой для проведения энергосберегающих мероприятий.

Задачи АКУЭ как измерительной системы: основной целью учета энергоресурсов является получения достоверной информации о количестве полученных от поставщика энергоносителей, с тем, чтобы точно рассчитать или спрогнозировать объемы затрат (денежных средств), требуемых конкретному производству для оптимизации своих ресурсов, грамотного планирования своих производственных и общехозяйственных перспектив. Эта информация позволяет:

а) производить финансовые расчеты между участниками рынка;

б) управлять режимами энергоресурсного потребления;

в) определять и прогнозировать все составляющие баланса энергоресурсов: выработка (поставка), отпуск, потери и т.п.;

г) осуществлять финансовые оценки процессов производства, передачи и распределения энергоносителей;

д) контролировать техническое состояние систем энергоресурсов в технологических установках потребителя и их соответствие требованиям нормативно-технических документов.

Цель создания системы достигается выполнением функций:

- организации автоматизированного сбора, обработки и хранения коммерческой информации, привязанной к единому астрономическому времени;

- организации автоматизированного сбора, обработки хранения технической информации о приращениях перетоков электрической энергии, служащей для контроля достоверности коммерческой информации, актуализации расчетной модели и для решения других задач;

- организации автоматизированного сбора, обработки хранения вспомогательной информации («журналы событий» счетчиков электрической энергии и УСПД), необходимой для технического контроля состояния измерительных комплексов средств коммерческого учета;

- контроля достоверности поступающей коммерческой информации, основанного как на критериях избыточности данных, так и на других принципах;

- технического контроля состояния измерительных комплексов средств коммерческого учета с помощью вспомогательной информации;

- анализа качества электроэнергии с помощью параметров и средств обработки, регламентируемых действующими нормативными документами;

- организации и поддержки базы данных о схеме расстановки измерительных комплексов средств коммерческого учета на оптовом рынке, т.е. об их соответствии конкретным энергообъектам и принадлежности этих энергообъектов соответствующим субъектам рынка (функция необходима для привязки схемы расстановки средств расстановки коммерческой наблюдаемости к расчетной схеме определения объектов поставки и равновесных цен);

- организации и поддержки базы данных нормативно-справочной информации (НСИ) по техническим характеристикам эксплуатируемых измерительных комплексов средств коммерческого учета АСКУЭ уровней субъектов рынка, ОКУ и Региональных центров сбора информации;

- сведения системы балансов оптового рынка;

- определения фактических погрешностей измерительных каналов и АСКУЭ на основании текущих среднечасовых режимов оборота электроэнергии на рынке;

- организации эффективного администрирования базами данных, принятых от измерительных комплексов средств коммерческого и технического учета, и поступивших для технического контроля;

- организации удобного доступа пользователей к коммерческой и технической информации;

- администрирования технических средств системы сбора информации.

По учету неэлектрических энергоносителей:

- отображение технологических параметров: давления, температуры и расходов;

- расчет и отображение потребление (выработки) энергоносителей в заданные интервалы времени (час, сутки, месяц, год); давление, температуры, уровней и др.;

- расчет и отображение средних значений технологических параметров;

- коррекция расходов энергоносителей по температуре и давлению, а также расчет тепловой энергии;

- в случае использовании диафрагмы, расчет и отображение расходов энергоносителей по действующим ГОСТ 8.563.1-3-97;

- формирование и выдача необходимых рапортов и форм отчетной документации;

- отражение всех контролируемых параметров в виде гистограмм.

Контроль достоверности учета энергоресурсов достигается за счет ежемесячного составления баланса поступивших и отпущенных энергоресурсов с учетом потерь. Баланс составляется на основе показаний ряда счетчиков, которые снимаются в 24 часа местного времени последних суток каждого месяца. Принятая в настоящее время система ручной записи показаний счетчиков малоэффективна и дает дополнительные погрешности при расчете баланса, особенно если число контролируемых счетчиков довольно значительно.

Внедрение АСКУЭ дает возможность:

а) оперативно контролировать и анализировать режимы потребления энергоресурсов;

б) осуществлять оптимальное управление потребляющими системами внутри предприятий или иной структуры;

в) собирать и формировать банк данных отдельных энергообъектов.

С метрологической точки зрения АСКУЭ представляет собой специфический тип измерительной системы, которая реализует процесс измерения и обеспечивает автоматическое получение результатов измерений в удобной для Заказчика форме.

3.7 Анализ состояния существующей АСКУЭ

На ТОО «Оркен» сбор информации о расходе электроэнергии производится с помощью дежурного персонала при ежесуточном обходе подстанций. При этом информация обладает таким важным недостатком как несвоевременность. При таком поступлении информации невозможно оперативное управление производством. Для управления современным производством необходима оперативная и достоверная информация о всех протекающих внутри него процессах, в частности о расходе электроэнергии.

Оперативность и достоверность получаемой информации при минимальных затратах может быть достигнута с применением автоматизированных систем. Автоматизация улучшает условия труда людей, повышает культуру производства и открывает неограниченные возможности повышения производительности труда и является мощнейшим фактором снижения себестоимости выпускаемой продукции.

На сегодняшний день на ТОО «Оркен» существует автоматизированная система сбора информации о расходе электроэнергии на базе аппаратуры сбора информации (АСИ-2М) и контролируемых пунктов (КП). Совершенствование технологических процессов и введение в производство нового оборудования приводит к необходимости построения качественно новой системы.

К недостаткам данной аппаратуры можно отнести: относительно высокую погрешность измерения ±2%, плохую помехоустойчивость тракта прием-передача, не происходит самотестирование оборудования, устаревшая элементная база, отсутствие сигнализации о превышении установленного лимита расхода электроэнергии. Кроме того, технические характеристики АСИ-2М и КП такие как мощность потребления электроэнергии, масса, габариты, допустимые напряжения питания и т. д. позволяют говорить нам как о морально устаревшем оборудовании.

Для АСКУЭ предлагаются разнообразные по конфигурации и конструктивному исполнению и функциональным возможностям информационо-измерительные комплексы технических средств (КТС).

Несмотря на стремление создателей КТС придать комплексам универсальность, они характеризуются определенным ограничением размеров базы данных (БД) и жесткой структуры ее заполнения. Ограничения БД по размерам может быть снято не сложной доработкой программного обеспечения (ПО) и применения более мощного компьютера.

Каждому счетчику представленному АСКУЭ, выделен нумерованный канал-строка для записи сведений (например, паспортные характеристики счетчика, трансформаторов тока и напряжения) и регистрируемого расхода электроэнергии. Другая часть БД также имеет строчное построение, но служит для определения суммарного электропотребления по показания счетчиков нескольких присоединений.

Одним из способов преодоления функциональной ограниченности ПО типовых комплексов, заключается в изменении структуры учетной системы. Для этого верхний уровень иерархии типовой АСКУЭ дополняется еще одной (ВК БД) предназначенной для ведения единой БД. Создание станции не требует специальной техники. Функции ВК БД может выполнять обычный офисный персональный компьютер (ПК) (системные требования: Pentium 150, 16 Mb RAM, OC Windows 98).

При наличии объединяющего сервера информационно - измерительный комплекс технических средств АСКУЭ приобретает следующий вид, представленный на рисунке 3.3.

Нижний (полевой) уровень АСКУЭ образуют счетчики электрической энергии и импульсным выходным сигналом. [7]

Рисунок 3.3 Информационно-измерительный комплекс АСКУЭ

Средний (контроллерный) уровень занимают устройства сбора и передачи данных (УСПД), размещенные на подстанции и принимающие сигналы от счетчиков в импульсном или аналоговом виде. Все УСПД объединены локальной вычислительной сетью (ЛВС) в которую введена рабочая станция СВК БД, третьего (верхнего) уровня завершающая формирование второго уровня АСКУЭ. В туже сеть включены автоматизированные рабочие места (АРМ) специалистов, занимающихся планированием, расчетам, анализом электропотреблением. Размеры БД в ВК БД 2Gb (без сжатия).

Верхний и диспетчерский уровни представлены схемой информационной сети на рисунке 3.4. [8]

Рисунок 3.4 Верхний и диспетчерский уровни АСКУЭ

В таблице 3.2 приведен перечень оборудования необходимого для реализации предлагаемой АСКУЭ.

Таблица 3.2 - Оборудование АСКУЭ

Наименование оборудования	Количество, шт.
Компьютер Р-300	6
Принтер HP	6
УСПД RTU-325	9
МПР-16-2М	22
Счетчик ЕвроАльфа	100
Счетчик Альфа А1700	325
ИБП BACK-PRO	4
Модем	2
Инженерный пульт	1
Приемник GPS	1
Программное обеспечение ALPHA PLUS-E	1
Программное обеспечение SCADA	1

Краткая характеристика основных компонентов системы:

- электронные счетчики электроэнергии ЕвроАЛЬФА класса 0.5, измеряющие активную и реактивную электроэнергии в одном направлении с записью профиля нагрузки в память счетчика. Счетчики оснащены платой последовательного интерфейса RS485 (до 1200 м), предназначены для высокоточного коммерческого и технического учёта;

- МПР-16-2М предназначены для преобразования интерфейсов RS232 и/или RS422/RS485 в ИРПС с мультиплексированием на 16 каналов и возможностью каскадного включения;

- УСПД серии RTU-325 предназначены для автоматического сбора, обработки, хранения данных со счётчиков и передачи информации по телекоммуникационным каналам на верхний уровень АСКУЭ;

- АРМ АСКУЭ - автоматизированные рабочие места на базе персональных компьютеров с программным обеспечением SCADA;

- BACK-PRO - источник бесперебойного электропитания компьютера АРМ. Необходим для корректного завершения работы программного обеспечения АРМ при авариях в электропитании;

- инженерный пульт - переносной компьютер для наладочных и сервисных работ с программным Кроме основного оборудования используются некоторые вспомогательные технические средства - преобразователи интерфейсов и т.п., а также кабельная продукция.

3.8 Технические характеристики применяемых средств АСКУЭ

На нижнем уровне системы учета установлены микропроцессорные счетчики ЕвроАЛЬФА (производитель ООО «СП АББ ВЭИ Метроник»). Многофункциональный микропроцессорный счетчик электрической типа ЕвроАЛЬФА, классов точности 0,2; 0,5; 1,0. предназначен для учета активной и реактивной энергии и мощности в цепях переменного тока, а также для использования в составе автоматизированных систем контроля и учета электрической энергии для передачи измеренных, вычислительных параметров на диспетчерский пункт по контролю, учету и распределению электрической энергии.

Результаты измерений получаются путем вычисления выходных сигналов тока и напряжения микропроцессорной схемой основной платы счетчика. Установка дополнительных плат, в зависимости от модификации, позволяет расширить возможности счетчика. Измеренные данные и другая информация отображается на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ).

Применение ПО AlphaPlus-E позволяет создание и модификацию программ для нужной конфигурации счетчика, программирование, диагностирование и коммерческое чтение данных, вести журнал связей и выполнять другие задачи. При этом связь компьютера со счетчиком на месте может обеспечиваться с помощью оптического преобразователя через оптический порт.

Счетчики имеют возможность измерять и отображать некоторые параметры энергосистемы: фазные токи и напряжения, частоту сети, коэффициент мощности трехфазной сети и пофазно.

Расширенный объем памяти до 128 Kb на дополнительной плате позволяет значительно расширить глубину записи данных графика нагрузки.

Возможность измерения активной и реактивной энергии и мощности, наличие режима многотарифности, учет и глубина графика нагрузки, наличие дополнительных плат определяется модификацией счетчика.

Многофункциональный микропроцессорный счетчик э/э типа ЕвроАЛЬФА, класса точности 0.2S, 0.5S, 1.0 и 2.0 предназначен для учета активной или активно-реактивной энергии в трехфазных цепях переменного тока, а также для использования в составе автоматизированных систем контроля и учета э/э (АСКУЭ) для передачи измеренных и вычисленных параметров на диспетчерский пункт по контролю, учету и распределению э/э.

Для построения систем АСКУЭ на базе счетчиков ЕвроАЛЬФА могут использоваться интерфейсы (импульсные выходы, ИРПС, RS-232, RS-422/485). Счетчики имеют современный безопасный корпус, позволяющий проводить установку практически в любой электрический шкаф, используя стандартное расположение монтажных отверстий.

Результаты измерений получаются путем обработки и вычисления входных сигналов тока и напряжения микропроцессорной схемой основной платы счетчика. Установка дополнительных плат, в зависимости от модификации, позволяет дополнить некоторые возможности счетчика. Измеренные данные и другая информация отображается на восьмиразрядном жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ).

Применение программного обеспечения SCADA позволяет производить создание и модификацию программ для нужной конфигурации счетчика, программирование, диагностическое и коммерческое чтение данных, вести журнал связей и другие возможности. При этом связь компьютера со счетчиком на месте может обеспечиваться с помощью кабеля AWG-24 через оптический порт.

Счетчики имеют возможность измерять и отображать некоторые параметры энергосистемы: фазные токи и напряжения, частоту сети, коэффициент мощности 3-х фазной системы и пофазно, фазные углы тока и напряжения, активную, реактивную и полную мощность 3-х фазной системы и пофазно.

Расширенный объем памяти до 128 кБ на дополнительной плате позволяет значительно увеличивать глубину записи данных графика нагрузки.

Возможность измерения определенных величин активной и реактивной энергии и мощности, наличие режима многотарифности, учет и глубина графика нагрузки, наличие дополнительных плат определяется модификацией счетчика.

Точность: счетчик ЕвроАльфа удовлетворяет и превосходит требования, содержащиеся в стандартах для классов 0,2S; 0,5S; 1,0; 2,0, работающих как с измерительными трансформаторами, так и прямого включения. Электронные устройства счетчика измеряют и индицируют потребленную/выданную энергию и мощность с требуемой точностью в широком диапазоне изменения токов, напряжений, коэффициентов мощности и температур окружающей среды. Малое сопротивление токовых цепей счетчика повышает точность внешних трансформаторов тока.

Надежность: счетчик ЕвроАЛФА является полностью электронным. В отличие от электромеханических счетчиков он не имеет движущихся частей, что повышает эксплуатационную надежность прибора и обеспечивает его многолетнюю безотказную работу. В схеме счетчика используются энергонезависимая память ЕЕРRОМ и ОЗУ (RAM). Питание ОЗУ поддерживается суперконденсатором и литиевой батареей, что предотвращает возможность потери графика нагрузки при отключении напряжения в сети. При перерывах в подаче питания первоначально схема счетчика запитывается от суперконденсатора, который обеспечивает поддержку работы часов и календаря в течение суток, после разряда суперконденсатора поддержка питания обеспечивается подачей тока от литиевой батареи.

Достоверность данных: данные счетчика ЕвроАЛЬФА защищены от несанкционированного доступа. Можно установить пароль, предотвращающий несанкционированный доступ через оптический порт. Также имеется аппаратная блокировка счетчика. Кроме того, поскольку в счетчике нет движущихся частей, счетчик невосприимчив к попыткам постороннего воздействия, которые могут иметь место с электромеханическими счетчиками. Их аудиторская способность обеспечивает запись числа и времени изменений программы, числа отключений напряжения питающей сети, числа сбросов показаний максимальной мощности и других, связанных с достоверностью данных величин, характерных для многотарифных счетчиков. Для контроля

сбросов значений максимальной мощности введены другие виды мощности, например суммарная (накопленная) максимальная мощность.

Гибкость: счетчик ЕвроАЛЬФА легко адаптируется к различным требованиям по учету электроэнергии. Он обеспечивает широкий диапазон многотарифных функций, что позволяет вводить необходимые Вам структуры тарифов с учетом типов дней и сезонов. Легко осуществляется установка необходимых рабочих функций с помощью ПО AlphaPlus. Широкий диапазон рабочих напряжений в модификациях ЕА02 и ЕА05, высокая чувствительность и перегрузочная способность, обеспечивающая возможность установки счетчиков с любыми трансформаторами напряжения и тока, являются уникальными среди других счетчиков. Все полупроводниковые реле гибко программируются под любую имеющуюся функцию.

Межповерочный интервал счетчика составляет 8 лет.

Основные технические характеристики счетчика ЕвроАЛЬФА представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Основные технические характеристики

Наименование параметра	Значение
Класс точности	0,5
Тарификация	4 тарифные зоны
Номинальные напряжения, В	3х57, 100, 230
Частота, Гц	50 ± 5 %
Номинальный ток (максимальный ток), А	5 (10)
Чувствительность, мА	1
Рабочий диапазон температур, єС	От -40 до +70
Влажность (не конденсирующая) %	0 - 98
Потребляемая мощность, ВА/Вт	<=4 (2)
Сопротивление каждой последовательной цепи, Ом	<= 0,6*10Їі
Скорость обмена информацией при связи со счетчиком	300, 1200, 2400, 4800, 96000, 19200

Счетчик ЕвроАльфа размещен в удобном и безопасном прямоугольном корпусе. Стандартное расположение монтажных отверстий и габаритов корпуса (соответствует DIN 43859) позволяет легко устанавливать счетчик практически в любые электротехнические шкафы.

Корпус счетчика в целом состоит из верхней и нижней сопрягаемых по периметру частей, прозрачного окна, зажимной платы и съемной крышки клем-мника.

Для удобства установки счетчика на обратной стороне корпуса сверху предусмотрен кронштейн с крепежным ушком, принимающий два фиксированных положения. В одном случае скрытое положение (за корпусом), другое видимое (над верхней частью корпуса).

Рисунок 3.5 Электронный счетчик ЕвроАЛЬФА

На лицевой панели корпуса установлено откидывающееся прозрачное окно, под которым находятся:

- жидкокристаллический индикатор (ЖКИ);

- светодиод LED;

- элементы оптического порта;

- шильдик (с таблицей выводимых на ЖКИ параметров и другой информацией согласно требованиям ГОСТ 30206 или 30207);

- литиевая батарея (под шильдиком);

- кнопки ALT и RESET.

Смотровое окно выполнено из ударопрочного поликарбоната стабилизированного ультрафиолетом, что обеспечивает удобство и безопасность эксплуатации в широком диапазоне воздействия внешних факторов.

При закрытом и опломбированном окне для доступа к кнопке ALT, в нем предусмотрено изолированное эластичной наклейкой отверстие. Наклейка из синтетической резины надежно защищает от проникновения пыли, грязи, влаги через отверстие. Открыть окно и получить доступ к кнопке RESET (сброс максимальной мощности) можно только после удаления пломбы энергосбытовой организации, установившей счётчик.

Счетчики имеют степень защиты IP51 (корпус) и IP20 (клеммник) согласно требованиям ГОСТ14254-96.

Токи и напряжения в линии переменного тока измеряются соответственно при помощи специальных датчиков тока и резистивных делителей напряжения. Преобразование величин и другие расчеты выполняются с использованием измерительной СБИС (DSP), включающей в себя цифровой сигнальный процессор (DSP) со встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), которые осуществляют выделение дискретных значений каждого входного сигнала тока и напряжения в заданные моменты времени. Микроконтроллер является важным звеном между микропроцессором и периферийными устройствами схемы.

Основные электронные элементы счетчика расположены на одной печатной плате с планарно-поверхностным и сквозным монтажом. На печатной плате установлены следующие компоненты:

-трехфазный источник питания;

-резистивные делители напряжения;

-нагрузочные резисторы для трех датчиков тока;

-кварцевый генератор (мегагерцого диапазона);

-измерительная СБИС;

-микроконтроллер;

-схема сброса;

-память EEPROM;

-кварцевый генератор часов (32 kHz);

-элементы оптического порта;

-жидкокристаллический индикатор (ЖКИ);

-интерфейс для подключения и работы дополнительных плат.

Для получения высоколинейного сигнала напряжения и сведения к минимуму фазового сдвига в широком динамическом диапазоне используются резистивные делители напряжения на каждую фазу. Фазные (линейные) напряжения подаются непосредственно по напряженческим цепям счетчика на основную плату, где при помощи резистивных делителей приводятся к необходимому уровню входных сигналов для измерительной ИС (DSP). Резисторы являются металлопленочными с минимальным температурным коэффициентом.

Электронная схема получает ток каждой фазы через специально разработанный прецизионный трансформатор тока, который уменьшает измеряемый ток линии пропорционально. Измерительная ИС (DSP) в составе схемы обеспечивает точное измерение отдельных фазных токов для использования их в расчетах необходимых величин.

Структурная схема счетчика приведена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 Структурная схема счетчика ЕвроАЛЬФА

16-канальный мультиплексор-расширитель МПР-16-2M предназначен для создания систем АСКУЭ на базе счетчиков электроэнергии семейства АЛЬФА и преобразования уровней сигналов различных интерфейсов и может устанавливаться на коммунальных и промышленных объектах.

Мультиплексор содержит:

- преобразователь сигналов интерфейса RS232 в сигналы интерфейсов ИРПС и RS422/485 и обратно с гальванической развязкой;

- преобразователь сигналов интерфейса RS422/485 в сигналы интерфейсов ИПРС и RS422/485 и обратно с гальванической развязкой.

Каждый МПР позволяет подключать на общие шины «запись/чтение» до 16-ти счетчиков семейства АЛЬФА через интерфейс ИРПС «токовая петля», и объединять до 16-ти мультиплексоров через интерфейс RS422/485. Передача информации от счетчиков на персональный компьютер может осуществляться по интерфейсу RS232 от МПР-16-2(М) через нуль-модемный кабель, на расстояние до 15 м., или по интерфейсу RS422/485 на расстояние не более 1,2 км. Передачу информации от счетчиков на расстояния свыше 1,2 км следует производить через телефонный модем, подключаемый к разъему интерфейса RS232 МПР-16-2(М), причем используется только один модем на всю объединенную группу мультиплексоров.

Одновременное присутствие линий связи всех счетчиков на общих шинах увеличивает эффект влияния помех на качество приема или передачи информации счетчик-мультиплексор‚ что в ряде случаев делает практически невозможным обмен информацией между этими устройствами. Для уменьшения влияния различных помех на каналы связи в МПР-16-2(М) введена функция по канальной коммутации, обеспечивающая подключение в данный момент времени к общим шинам мультиплексора только одного опрашиваемого счетчика со своими линиями связи.

Технические характеристики 16-канального мультиплексора - расширителя МПР-16-2M приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Технические характеристики мультиплексора - расширителя

Наименование величины	Значение
Количество подключаемых счетчиков по ИРПС «токовая петля»	до 16
Количество подключаемых счетчиков по RS 422/485 (разъем Х2)	до 16
Количество каскадно подключаемых мультиплексоров в систему АСКУЭ	до 16
Количество интерфейсов RS 232	1
Количество портов интерфейса RS 422/485	2
Вид линии связи для ИРПС «токовая петля»	4-х проводная
Вид линии связи по интерфейсу RS 422/485	2-х проводная или 4-х проводная
Максимальное удаление счетчиков от мультиплексора, км	0,5
Возможность подключения локального компьютера	есть
Максимальное удаление локального компьютера от мультиплексора	1,2 км-RS 422/485 15 м - RS 232
Возможность подключения модема	есть
Напряжение питания (однофазное), В	220 ± 20%
Частота сети, Гц	50 ± 3
Потребляемая мощность, ВА, не более	10
Рабочий диапазон температур, єС	От -10 до +50
Влажность (не конденсирующаяся) %	0 ч 95
Габаритные размеры, мм	200 х 112 х 50
Масса, кг, не более	2,0

Конструктивное отличие МПР-16-2(М) от предыдущих модификаций

МПР-16 заключается в наличии дополнительной платы с микроконтроллером (РК)‚ которая и обеспечивает коммутацию каналов мультиплексора.

Мультиплексор состоит из следующих функциональных блоков:

- узел интерфейса RS232;

- узел интерфейса ИРПС «токовая петля»;

- 2 канала интерфейса RS422/485;

- блок по канальной коммутации (РК);

- ключи конфигурации SW1(плата МПР), П1 и П2 (плата PK);

- источник питания.

Структурная схема мультиплексора представлена на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 Структурная схема мультиплексора

Сигналы RS232 через разъем X4 поступают на драйвер узла интерфейса RS232 и далее через элементы гальванической развязки и ключи конфигурации подаются на 16 канальный узел интерфейса ИРПС и блок поканальной коммутации (РК).

Узел интерфейса ИРПС «токовая петля» (разъемы X5,X6) содержит 16 идентичных каналов, каждый из которых включает в себя источники тока приемника и передатчика. Все каналы приемников интерфейса объединяются в общую шину «чтение», а каналы передатчиков в общую шину «запись». Обобщенные шины «чтение/запись» нормализуются в сигналы уровня CMOS-логики и поступают на ключи конфигурации. Управление состоянием каналов (on/off) осуществляется блоком РК. Два канала интерфейса RS422/485 включают в себя драйверы уровня, элементы гальванической развязки и узел арбитража потока данных. Канал интерфейса «slave» (разъем Х2) предназначен для подключения счетчиков или мультиплексоров (в случае объединения нескольких мультиплексоров каскадом в одну группу). Второй канал интерфейса «host» (разъем Х3) предназначен для подключения к устройству сбора данных или объединения нескольких «ведомых» мультиплексоров в одну группу при параллельной схеме соединений.

Блок РК осуществляет функцию разделения каналов и реализован на базе микроконтроллера. Блок поддерживает два режима работы:

- основной - подключение канала производится по команде коммуканикационного протокола АВВ «who are you». В этом режиме блок прослушивает через свой канал UART команды, выдаваемые системой опроса на мультиплексор. В режиме сеанса связи определяется связной номер опрашиваемого счетчика и открывается канал мультиплексора, номер которого равен связному номеру счетчика, при этом все остальные каналы отключаются. После окончания сессии обмена все каналы переводятся в состояние «off».

- пассивный - подключены все каналы мультиплексора. Режим по канальной коммутации отключен.

Ключи конфигурации SW1 (плата МПР), П1 и П2 (блок РК) представляют собой DIP-переключатели предназначенные для задания различных режимов работы МПР и блока РК. Положения ключей при задании режимов работы мультиплексора представлены в таблице 3.5

Источник питания (ИП) мультиплексора состоит из трансформатора напряжения, выпрямителей и параметрических стабилизаторов. ИП осуществляет питание интерфейсов и внутренней схемы МПР по пяти гальванически развязанным каналам.

Таблица 3.5

Положения ключей при задании режимов работы мультиплексора

Номер разряда переключателя SW1	Режим работы мультиплексора
1	2	3	4
on	off	off	off	Преобразование RS232 - ИРПС «Токовая петля»
on	on	off	off	Преобразование RS232 - ИРПС «Токовая петля» Преобразование RS232 - RS422/485 (X2) счетчики
on	off	off	on	Преобразование RS422/485 (X3) компьютер - ИРПС «Токовая петля»
off	off	off	on	Преобразование RS422/485 (X3) компьютер - RS422/485 (X2) счетчики
on	on	off	on	Все режимы работы (использование группы мультиплексоров в составе системы)

Мультиплексор состоит из:

- основной электронной платы;

- дополнительной электронной платы (платы РК);

- пластмассового корпуса с крепежными ушками.

На основной плате размещены:

- источник питания мультиплексора с клеммником для подключения сети 50 Гц, 220 В (разъем Х1) и светодиодом индикации наличия питания;

- схемы интерфейсов ИРПС “токовая петля” RS 232 и RS422/485 с разъемами серии DB;

- ключи конфигурации SW1;

- специальный разъем для подключения платы РК.

Электронная плата мультиплексора помещена в прямоугольный пластиковый корпус, выполненный из ударопрочной и термохимически стойкой пластмассы. Корпус имеет крышку, основание и специальные ушки крепления его к плоскости. Все детали корпуса соединяются между собой винтами - саморезами. Разъемы интерфейсов «токовая петля» (X5, X6), RS422/485 (X2, X3) и RS232 (X4), клеммник подключения питания и светодиод индикации наличия питания, располагаются на боковых поверхностях корпуса.

Одним из самых современных и технически совершенных УСПД, соответствующим всем требованиям по организации коммерческого учета электроэнергии является УСПД RTU-325 семейства RTU-300 серийно выпускаемого компанией АББ ВЭИ Метроника. RTU-325 - это УСПД повышенной функциональности, надежности и точности, предназначенное для построения цифровых, пространственно-распределенных, проектно-компонуемых, иерархических, многофункциональных, автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии и мощности (АСКУЭ) с распределенной обработкой и хранением данных. УСПД RTU-325 обеспечивает максимальную гибкость схемы сбора, обработки, хранения и передачи данных. Измерительная информация RTU-325 в части коммерческих данных может служить основанием для проведения коммерческих расчетов между электропотребляющими и электропоставляющими организациями в соответствии с действующими договорными правилами и тарифами. УСПД может также использоваться для построения систем технического учета электроэнергии и мощности.

Функции, реализуемые УСПД RTU-325:

1. Сбор, обработка, накопление, хранение и отображение данных по электроэнергии, мощности и параметрам электросети с электросчетчиков, в том числе через каскадно-подлеченные УСПД.

2. Преобразование данных по электроэнергии и мощности, полученных от счетчиков, в именованные физические величины.

3. Подключение до 256 счетчиков, от 1 до 24 последовательных линий RS-232/RS-485.

4. Объединение измерений, полученных со счетчиков, в групповые измерения, определяемые пользователем при параметрировании УСПД.

5. Считывание со счетчиков (технического) графика нагрузки (1, 3, 5, 15, 30, 60 мин), приведение его к единым интервалам профилей счетчиков. В памяти УСПД сохраняются как технический, так и коммерческий учет потребленной и выданной активной и реактивной энергии за расчетный период для счетчиков и групп суммарно, и по тарифным зонам.

6. Хранение считанных со счетчиков и рассчитанных значений по точкам учета и группам в энергонезависимой памяти с глубиной хранения не менее (глубина хранения программируется):

- средних мощностей на технических (менее чем 30-минутных) интервалов - 2 часа,

- средних мощностей по точкам учета на коммерческих (30-минутных) интервалах - 45 суток,

- средних мощностей по группам учета на коммерческих (30-минутных) интервалах - 3 месяца,

- расход электроэнергии за месяц по каждому каналу - 18 месяцев,

- расход электроэнергии за месяц по группам - 3 года.

7. Многопользовательская, независимая передача данных по различным коммуникационным каналам, работа в сети.

8. Широкий диапазон рабочих температур - от минус 25 (40) до плюс 60 (70) єС.

9. Защитное промышленное исполнение.

10. RTU-325 выпускаются в заказных исполнениях, в зависимости от требуемого объема энергонезависимой памяти для хранения данных, набора каналов сбора и передачи данных. По специальному заказу выпускаются исполнения с расширенным диапазоном температур эксплуатации и поддержкой бесперебойного электропитания на базе внешнего аккумулятора.

Линии связи от УСПД собираются на монтажной панели, оснащенные розетками типа DB-37 F. Принципиальная схема подключения к ней специализированных вычислительных комплексов 1 и 2 (СВК 1 и СВК 2) представлена на рисунке 3.8. При выводе одного из комплексов в ремонт шлейфы цепей учета, подключенные к установленным платам ввода, закорачиваются штекерами типа DB-37P. СВК 1 и СВК 2 базируются на персональных компьютерах с процессорами Intel Pentium 166 MMX с ОЗУ 64 Mb. В каждом из них установлены по две одновекторные 16-канльные платы ввода НЕКМ. 426419.002. Оба комплекса работают круглосуточно с перерывами на техобслуживание (1 раз в 6 мес.): СВК 1 - основной, данные с него в масштабе реального времени передаются в энергоснабжающую организацию (ЭСО), СВК 2 - резервный.

Рисунок 3.8 Принципиальная схема подключения СВК 1 и СВК 2

Локальная вычислительная сеть бюро эксплуатации АСКУЭ построена в соответствии со стандартами IEE 802.3 (Ethernet) с выделенным сервером. Рабочие станции и СВК подключены к серверу передачи данных (СПД) и к станции резервного копирования (СРК) через 16-портовый коммутатор ЛВС кабелями типа UTP категории 5. В корпоративную ЛВС ЭСО, территориальную (на n километров) от ЛВС бюро эксплуатации АСКУЭ, данные передаются по выделенной паре при помощи модемов SBNI 12-10 (производитель -новосибирская НПФ «Гранч») установленных в СПД. Передача данных другим потребителям информации организована через роутер типа SBIC4-14 «Гранч».

Сервер передачи данных имеет процессор Intel Pentium 3, 600 МГц, ОЗУ DIM 256 Mb, 2 винчестера по 40 Гб (или более) каждый, рекомендуется вариант с двумя накопителями для организации системы защиты от сбоя типа RAID-контроллер Fast Trak 100 для зеркалирования дисковой памяти, сетевой адаптер Ethernet 100/10 и модем для выделенной медной пары SBNI 12-10. СПД выполняет функции файлового сервера, сервера преобразования протокола и сервера приложений.

Станция резервного копирования имеет процессор Intel Pentium 3, 866 МГц, ОЗУ DIMM 256 Мb, винчестер 20 Гб, винчестер для записи/перезаписи компакт-дисков CD-WR 24 IDE. СРК является рабочим местом программиста бюро эксплуатации АСКУЭ и выполняет функции межсетевого экрана во время сеанса Ethernet.

Рабочие станции, подключенные к ЛВС бюро эксплуатации АСКУЭ, предназначены для получения документов и контроля мощности предприятия. Такая система позволяет: устанавливать параметры настройки, формировать любой вид документов с помощью программы “супергениратор документов”, контролировать суточные графики потребления, передавать информацию в ЛВС для пользователей, расход электроэнергии за разные периоды времени, суммарный расход энергии за указанный месяц, квартал, год и смену, число используемого максимума нагрузки, косинус ц за разные периоды и т.д.

Перечисленная информация может быть представлена в любом виде, удобном для использования при расчетах за электропотребление, определение технико-экономических показателей системы электроснабжения предприятия с учетом функциональных производственных задач, решаемых пользователем системы. В СВК формируются суточные графики потребления электроэнергии и мощности, сводные ведомости, таблицы и т.д.

Так как в системе АСКУЭ имеются удалённые устройства, применяется кабель марки AWG-24 - это кабель балансной системы на основе витой пары. Кабель называется балансной системой, так как сигнал на одной проводящей жиле является абсолютно таким же что на другой, но этот сигнал инверстен. Для тог чтобы сигнал от счётчика прошёл до УСПД и вследствие отражения не вернулся обратно необходимо согласовать нагрузку кабеля согласующими резисторами величиной в 120 Ом. Но это условие не диктуется, а рекомендуется. В кабеле при передаче сигнала на значительные расстояния (1200 м.) возникает рост разности потенциалов на конце линии в виду быстрых переходных процессов которые порождают электромагнитные помехи (ЭМП) эти помехи могут привести к ошибкам в данных. Для устранения этих помех используется согласование нагрузки, а так же витых проводов, суть которых расположение их максимально близко друг к другу.

Балансная система устраняет две проблемы - это инодуцирование ЭМП (наводка) и излучение ЭМП. В первом случае проводник играет роль антенны принимает электромагнитные волны при этом на проводниках наводится ЭДС которая препятствует нормальному прохождению сигнала. В балансной системе шум наведенный на одном проводе является тем же шумом, что и на другом проводе, таким образом, эти шумы гасится друг относительно друга и при этом шум является общим для всей системы. При втором случае излучение на одном проводе поглощается другим излучением ЭМП другого провода, т.е. есть тенденция к поглощению помех, что делает систему не эффективным излучателем.

Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии представляет собой единство трех частей - технических средств, программного обеспечения и обслуживающего персонала. Поэтому и факторы, влияющие на надежность, делят на три основные группы: технические, программные и эксплуатационные.

Сложность аппаратуры отрицательно сказывается на ее надежность, в то время как характер выполняемых современной аппаратурой функций требует именно высокой надежности. Надежностью называют свойство системы выполнять все заданные функции при определенных условиях эксплуатации в течении заданного времени с сохранением значений основных параметров в заранее установленных пределах.

Надежность характеризуется следующими параметрами:

- вероятность безотказной работы,

- среднее время безотказной работы,

- среднее время между отказами,

- интенсивность отказов,

- частота отказов,

- среднее время восстановления,

- наработка до отказа [9].

В качестве показателя надежности используется средняя наработка до отказа. Тип распределения наработки до отказа зависит от особенностей процесса развития отказов. Так как АСКУЭ является сложной системой, состоящей из разнородных элементов с различными интенсивностями отказов, то для расчета надежности применяется показательное (экспоненциальное распределение наработки до отказа. В этом случае интенсивность отказов элементов системы определяется по формуле:

(9)

где - интенсивность отказов, 1/ч;

- наработка до отказа (по паспортным данным), ч

Функция надежности (вероятность безотказной работы) определяется по формуле:

P(t) = exp [ - t ] ? 1 - t ? (10)

где P(t) - вероятность безотказной работы,

t - заданное время безотказной работы.

На этапе проектирования проводится прикидочный расчет надежности, который позволяет оценить надежность системы в целом путем суммирования значений интенсивностей отказов всех ее элементов, а также каждого элемента в отдельности [10].

В таблице 3.6 приведен расчет надежности АСКУЭ при заданном времени t = 8760 часов с использованием формул (9) и (10).

Таблица 3.6 - Расчет надежности АСКУЭ

№ п.п.	Наименование оборудования	Средняя наработка до отказа, ч	Интенсивность отказа, 1/ч	Вероятность безотказной работы
1	Компьютер АРМ	50000	0,000020	1-0,175=0,824
2	УСПД RTU-325	80000	0,0000125	1-0,110=0,890
3	МПР-16-2М	75000	0,0000133	1-0,117=0,883
4	Счетчик ЕвроАЛЬФА	120000	0,0000083	1-0,073=0,927
Итого по каналу передачи:	1-0,475=0,525

Вероятность бесперебойной работы всей системы равна 0.525, что является довольно низким показателем работы. Это обусловлено тем, что в цепочке передачи данных присутствует элемент с низким показателем - компьютер АРМ. Но так как в системе предусмотрена организация четырех АРМ, то информация не будет потеряна и возможно ее восстановление.

Вывод: АСКУЭ осуществляет контроль и учет электроэнергии. Для АСКУЭ выбраны многофункциональный микропроцессорный счетчик э/э типа ЕвроАЛЬФА, мультиплексор-расширитель МПР-16-2M, УСПД RTU-325 семейства RTU-300 серийно выпускаемого компанией АББ ВЭИ Метроника и кабель марки AWG-24.

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ КОММЕРЧЕСКОГО УЧЁТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

4.1 Технические характеристики системы SCADA

Краткая характеристика: SCADA для Windows NT/2000/XP - это программный продукт для создания систем мониторинга, управления и сбора данных (Supervisory, Control And Data Acquisition), функционирующих на базе компьютеров, совместимых с IBM PC, под управлением операционной системы Windows.

Этот продукт много лет успешно эксплуатируется АСУТП на современных предприятиях СНГ по переработке нефти и газа, в энергетике, химической промышленности и многих других отраслях производства.

Программное обеспечение SCADА имеет мощную базу данных, удобный и простой графический интерфейс, модульную среду исполнения и современные средства экспорта импорта данных.

Система SCADA дает предприятию:

- Точное соблюдение технологических нормативов и регламента. Значительное уменьшение процента брака, автоматическое повышение качества;